JP2020532708A - カラーテクスチャを伴う口腔内ｏｃｔ - Google Patents

Abstract

被写体の口腔内画像を取得するための装置は、ＯＣＴ光源と、被写体へ向かい被写体から戻るＯＣＴ光を伝達するスキャナと、基準アームおよびサンプルアームを有する干渉計とを有するＯＣＴ撮像装置を有する。反射率撮像装置は、被写体へ向けられた可視光源と、戻り光から反射率画像を形成する画像センサとを有する。処理および制御論理は、戻された反射率画像を処理しＯＣＴ測定データと結合するように構成される。ディスプレイは、結合された反射率画像およびＯＣＴ測定データを示す。【選択図】なし

Description

本開示は、一般に、光コヒーレンス断層撮影撮像のための方法および装置に関し、より具体的には、ＯＣＴコンテンツと相関付けられたカラー反射率画像を取得するための方法および装置に関する。

光コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）は、サンプルの奥行構造を特徴化する高解像度の断面断層画像を取得するために干渉計原理を利用する非侵襲性撮像技術である。人体組織の体内撮像に特に適しているため、ＯＣＴは、たとえば眼科学、皮膚病学、腫瘍学、および他の分野において、ならびに耳鼻咽喉科（ＥＮＴ）および歯科用撮像においてなど、生物医学研究および医療撮像用途の範囲における有用性を示している。

ＯＣＴは、断面データを取得するために生体組織内からの反射エネルギを撮像する、一種の「光超音波」として説明されている。ＯＣＴ撮像システムにおいて、たとえばスーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ）または他の光源などの広帯域幅光源からの光は、既知の長さの基準アームおよび研究対象である組織または他の被写体を照射するサンプルアームという２つの異なる光路に沿って向けられる。基準およびサンプルアームから反射され後方散乱する光は、その後、ＯＣＴ装置内で再結合され、サンプルの表面および表面付近内部構造の特性を決定するために、干渉効果が用いられる。干渉データは、サンプルにわたりサンプル照明を迅速に走査することによって取得され得る。数千の点の各々において、ＯＣＴ装置は、光源コヒーレンスの因子である材料内への軸方向深さによってＡ走査を再構成するために用いられ得る干渉プロファイルを得る。ほとんどの組織撮像用途に関して、ＯＣＴは、広帯域照明源を用い、数ミリメートル（ｍｍ）の深さで画像コンテンツを提供し得る。

初期のＯＣＴ装置は、たとえば圧電アクチュエータなど何らかの型式の機械機構を用いて基準アームの長さを迅速に変化させることによって前後走査が実現される時間領域（ＴＤ−ＯＣＴ）アーキテクチャを用いるものであった。ＴＤ−ＯＣＴ法は、点ごとの走査を用い、撮像セッション中に照明プローブがある位置から次の位置へ動かされ、または走査されることを必要とする。より最近のＯＣＴ装置は、それらが生成する信号の光周波数に従って様々な深さからの反射を区別するフーリエ領域アーキテクチャ（ＦＤ−ＯＣＴ）を用い得る。ＦＤ−ＯＣＴ法は、多数の深さからの情報を同時に収集することによって軸方向走査要件を単純化または排除し、改善された取得速度および信号対雑音比（ＳＮＲ）を提供する。

低コストでより高い性能を実現する可能性があるため、掃引周波数レーザ光源に基づくＦＤ−ＯＣＴシステムは、高散乱性組織における表面下撮像を必要とする医療用途に関して多くの注目を浴びている。スペクトル領域ＯＣＴ（ＳＤ−ＯＣＴ）および掃引光源ＯＣＴ（ＳＳ−ＯＣＴ）という、フーリエ領域ＯＣＴの２つの実装が存在する。

ＳＤ−ＯＣＴ撮像は、広帯域照明源によってサンプルを照明し、分光計によってたとえばＣＣＤ（電荷結合素子）検出器などのアレイ検出器に反射および散乱光を分散させることによって遂行され得る。ＳＳ−ＯＣＴ撮像は、高速波長同調レーザによってサンプルを照明し、単一の光検出器またはバランスド光検出器のみを用いて波長掃引中に反射した光を収集する。ＳＤ−ＯＣＴおよびＳＳ−ＯＣＴ両方に関して、様々な深さから反射した散乱光のプロファイルは、信号分析技術の当業者に周知である、たとえば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などのフーリエ変換を用いて記録された干渉信号に処理をすることによって得られる。

ＯＣＴ撮像全体の１つの欠点は、走査表面に関する対応するカラー画像の欠如である。ＯＣＴ撮像は、干渉計効果および信号振幅から得られた奥行データを提供するので、ＯＣＴ再構成とともに利用可能な関連するカラーコンテンツは存在しない。歯科用表面マッピングの場合、施術者は、ＯＣＴ出力から口腔内特徴の全体形状および輪郭のみを得る。ＯＣＴ測定データに対応する利用可能なカラーテクスチャ情報は存在しない。

カラーテクスチャコンテンツをＯＣＴ再構成と結合する機能は、たとえば歯の視覚化、シェードマッチング、歯および支持構造の区分化、病害検出、および特徴認識などのタスクを改善するために役立つ。したがって、ＯＣＴ奥行情報およびカラーテクスチャデータの両方を提供する撮像装置に利点があることが分かる。

本開示の目的は、画像診断技術を進歩させること、およびＯＣＴ走査データに相関付けられたカラーテクスチャ情報を提供する必要性に対処することである。本明細書における特定の典型的な方法および／または装置の実施形態は、口腔内撮像用途に関して、カラーテクスチャ取得をＯＣＴサンプリングと結合する装置および方法を提供する。

これらの目的は、実例によってのみ示され、そのような目的は、本発明の１または複数の実施形態の典型例であってよい。開示された方法によって固有に実現される他の望ましい目的および利点が、当業者には想起され、または明らかになり得る。本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義される。

本開示の態様によると、被写体の口腔内画像を取得するための装置を備える口腔内画像を取得するための装置であって、
ＯＣＴ光源と、被写体へ向かい被写体から戻るＯＣＴ光を伝達するスキャナと、基準アームおよびサンプルアームを有する干渉計とを備えるＯＣＴ撮像装置と、
被写体へ向けられた可視光源と、戻り光から反射率画像を形成する画像センサとを備える反射率撮像装置と、
戻された反射率画像を処理し、ＯＣＴ測定データと結合するように構成された処理および制御論理と、
結合された反射率画像およびＯＣＴ測定データを示すディスプレイと
を備える装置が提供される。

本開示の別の態様によると、画像データを取得するための方法であって、
口腔内表面サンプルに関して、光コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）データを取得することと、
口腔内表面サンプルからの反射率画像コンテンツを取得することと、
反射率画像とＯＣＴデータコンテンツとを結合することと、
結合された反射率画像およびＯＣＴデータコンテンツをディスプレイ上に描画することと
を備える方法が提供される。

本発明の上記のおよび他の目的、特徴、および利点は、添付図面に示されるように、本発明の実施形態の以下のより具体的な説明から明らかになる。

図面の要素は、必ずしも互いに一定の比率で拡大縮小されたものではない。基本的構造関係または動作原理を強調するために、何らかの誇張表現が必要であり得る。たとえば動力の供給、パッケージング、およびシステム光学系を取付けおよび保護するために用いられる支持部品など、説明された実施形態の実装に必要となるいくつかの従来の部品は、説明を単純化するために図示されない。

結合されたＯＣＴ走査およびカラー画像取得のための撮像装置を示す概略図である。 結合されたＯＣＴ走査およびカラー画像取得のための撮像装置に関する代替実施形態を示す概略図である。 結合されたＯＣＴ走査およびカラー画像取得のための撮像装置に関する他の代替実施形態を示す概略図である。 ＯＣＴ撮像の機能態様および幾何学的態様を示す。 ＯＣＴ撮像の機能態様および幾何学的態様を示す。 結合されたＯＣＴおよびカラー走査スキームを模式的に示す。 カラー発光器／検出器の様々な実施形態を示す。 カラー発光器／検出器の様々な実施形態を示す。 カラー発光器／検出器の様々な実施形態を示す。 カラー発光器／検出器の様々な実施形態を示す。 カラー発光器／検出器の様々な実施形態を示す。 カラー発光器／検出器の様々な実施形態を示す。 カラー発光器／検出器の様々な実施形態を示す。 ＲＧＢ光検出がＯＣＴ分光計において行われる実施形態を示す。 結合カラー較正のためのシーケンスを示す論理フロー図である。 ＯＣＴおよび反射率撮像のためのスペクトル範囲を示すグラフである。 プレビューカメラを用いる結合されたＯＣＴおよびカラー画像取得装置の様々な実施形態を示す。 プレビューカメラを用いる結合されたＯＣＴおよびカラー画像取得装置の様々な実施形態を示す。 プレビューカメラを用いる結合されたＯＣＴおよびカラー画像取得装置の様々な実施形態を示す。 プレビューカメラを用いる結合されたＯＣＴおよびカラー画像取得装置の様々な実施形態を示す。 プレビューカメラを用いる結合されたＯＣＴおよびカラー画像取得装置の様々な実施形態を示す。 ピンホールカメラパラダイムを用いる、撮像対象物である歯に関する登録処理の態様を示す概略図である。 ピンホールカメラパラダイムを用いる、撮像対象物である歯に関する登録処理の態様を示す概略図である。

以下は、本出願の典型的な方法および／または装置の実施形態の説明であり、同じ参照番号がいくつかの図の各々において構造の同じ要素を識別する図面が参照される。

本開示の文脈において用いられる場合、「第１の」、「第２の」などの用語は、必ずしも任意の順序、連続性、または優先関係を表すものではなく、特に明記されない限り、単に１つのステップ、要素、または要素のセットをより明確に他と区別するために用いられる。

本明細書で用いられる場合、「通電可能」という用語は、電力の受信時、および任意選択的に許可信号の受信時、示された機能を実行するデバイスまたは部品のセットに関連する。

本開示の文脈において、「光学系」という用語は一般に、光ビームを成形し方向付けるために用いられるレンズおよび他の屈折、回折、および反射部品を指すために用いられる。この種の個々の部品は、オプティックと称される。

本開示の文脈において、「ビューア」、「オペレータ」、および「ユーザ」という用語は等しいものとみなされ、カメラまたはスキャナを操作し、ディスプレイモニタ上のたとえば歯科用画像などの画像を検視および処理もし得る施術者、技術者、または他の人間を指す。「オペレータ命令」または「ビューア命令」は、たとえばカメラまたはスキャナにおけるボタンをクリックすることによって、あるいはコンピュータマウスの使用またはタッチスクリーンまたはキーパッドの入力などによって、ビューアによって入力された明示的コマンドから得られる。

本開示の文脈において、「信号通信状態にある」という表現は、２つ以上のデバイスおよび／または部品が、何らかの種類の信号経路上を伝達する信号を介して互いに通信可能であることを示す。信号通信は、有線または無線であってよい。信号は、通信信号、電力信号、データ信号、またはエネルギ信号であってよい。信号経路は、第１のデバイスおよび／または部品と第２のデバイスおよび／または部品との間の物理、電気、磁気、電磁、光、有線、および／または無線接続を含んでよい。信号経路は、第１のデバイスおよび／または部品と第２のデバイスおよび／または部品との間に追加のデバイスおよび／または部品を含んでもよい。

本開示の文脈において、「カメラ」という用語は、たとえば歯および支持構造の表面から反射した構造化光などの反射可視またはＮＩＲ光から反射率２Ｄデジタル画像を取得することが可能なデバイスを指す。

「スキャナ」という一般用語は、表面のＯＣＴ撮像において用いられる基準アームからの光との干渉を検出するために、サンプルアームを通して歯表面に向けられ、サンプルアームに戻る散乱光として取得される広帯域近赤外（ＢＮＩＲ）照明の走査光ビームを投影する光学システムを指す。「ラスタスキャナ」という用語は、後により詳しく説明されるように、サンプルへ向かう光を走査するハードウェア部品の組み合わせに関する。

「被写体」という用語は、撮像される患者の歯または他の部位を指し、光学用語において、対応する撮像システムの「対象物」に等しいとみなされ得る。これは、ＯＣＴ撮像に関して一般的に用いられる「サンプル」という用語に対応する。

本開示の文脈において、「広帯域発光器」という表現は、任意の所与の時点において波長範囲にわたる連続的スペクトル出力を発する照明または光源を指す。短コヒーレンスまたは低コヒーレンス広帯域照明源は、たとえばスーパールミネセントダイオード、ショートパルスレーザ、多くの種類の白色光源、およびスーパーコンティニューム光源を含んでよい。これらの種類の低コヒーレンス長光源の多くは、約数十ミクロン以下のコヒーレンス長を有する。

本開示の文脈において、「色光」、「多色光」、および「ＲＧＢ光」という用語は、反射率撮像のために提供される可視光照明を表す。カラー画像は、反射率画像またはカラーテクスチャ画像とみなされ得る。カラー撮像技術において周知であるように、たとえば１つのスペクトル帯を伝送し他のスペクトル帯を反射するダイクロイック表面などのカラーコンバイナは、一方向に伝達する光に関して色を結合し、反対方向に伝達する光に関して色を分離するために用いられ得る。したがって、「コンバイナ」という一般用語は通常、光路に沿った波長および方向に従って光を結合し分離もする「コンバイナ／セパレータ」デバイスに関して用いられる。

ＯＣＴ撮像技術における当業者に周知であるように、軸分解能は、光源のコヒーレンス光に関連する。したがって、コヒーレンス光が短いほど、軸分解能は高い。

本明細書における特定の典型的な方法および／または装置の実施形態は、時間領域または空間または周波数領域ＯＣＴを含む様々な種類のＯＣＴ走査方法のいずれかを用いてよい。速度の利点は特に関心が高いため、以下の説明は主に、より速い速度および全体走査スループットに関して一般に有利な周波数領域ＯＣＴの一種である掃引光源ＯＣＴを用いる実施形態に関する。ただし、留意すべき点として、ＳＳ−ＯＣＴと同様、時間領域ＯＣＴおよび他の種類のＯＣＴの応答性を向上させるために、圧縮サンプリング法または他の利用可能なＯＣＴ方法が用いられ得る。本開示の方法は、ＯＣＴシステムにおいて感知のために分光計が用いられる場合に用いられてもよい。

本開示の実施形態によると、口腔内特徴に関する付随的なカラーテクスチャコンテンツとともにＯＣＴ走査データを取得するハイブリッド撮像装置が提供される。

図１の概略図を参照すると、色データがＯＣＴ走査データに固有的に登録された、結合されたＯＣＴ走査およびカラー画像取得のための撮像装置１００が示される。撮像装置１００は、ＯＣＴおよびカラー画像コンテンツを結合し、同じ導光部品を共有することができる、撮像のための２つの光路を有する。

ＯＣＴ光路４０において、ＯＣＴ光源１０は、ＯＣＴ画像走査のための照明を提供する。光源１０は、連続波長広帯域光を発するスーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ）または他の光源を用いてよい。あるいは光源１０は、たとえば連続的に変化するスペクトルコンテンツを有する光を発する掃引光源など、他の何らかの適当な種類の光源であってもよい。この光は、第１のファイバカプラＦＣ１または波長分割マルチプレクサＷＤＭを通って第２のファイバカプラＦＣ２へ向けられる。ファイバカプラＦＣ２は、光路を基準アーム４２およびサンプルアーム４４に分割する。基準アーム４２における光は、基準ミラー４８から反射し、この光は、ファイバカプラＦＣ２を通って戻り結合し、ＯＣＴ信号検出器４６へ向かう。サンプルアーム４４へ向けられた光は、スキャナ２４によって被写体またはサンプルＳへ向けられる。サンプルＳからの反射および散乱光は、サンプルアーム４４を通ってファイバカプラFC2へ戻り結合し、ＯＣＴ信号検出器４６へ伝搬する。基準アーム４２からの光は、基準アーム４４からの光に干渉し、処理および再構成のためのＯＣＴ走査データを提供する。

色反射率撮像経路５０において、多色光または色光がカラー発光器／検出器（ＣＬＥＤ）５２から発され、ファイバカプラＦＣ１またはＷＤＭを通って第２のファイバカプラＦＣ２へ向けられる。カプラＦＣ２は、コンバイナ／セパレータとして動作する。多色可視光は、ＯＣＴサンプル光と結合され、口腔内プローブ３０の一部であるスキャナ２４を通って同時にサンプルＳへ向けられる。歯または他の口腔内特徴の表面から戻り反射した色光は、ファイバカプラＦＣ２を通ってＣＬＥＤ５２へ戻り伝搬する。ＣＬＥＤ５２は、反射光からカラーコンテンツを感知する。制御論理プロセッサ６０は、干渉によるＯＣＴ出力データを記録および処理し、このデータを口腔内表面からの色データと結合するために、ＯＣＴ信号検出器４６、ＣＬＥＤ５２、および光源１０と信号通信状態にある。その結果生じる結合された画像コンテンツはその後、ディスプレイ７２上に提示され、あるいは送信および格納され得る。

図２および図３の概略図は、ＯＣＴおよび反射率撮像機能を結合するためのわずかに異なる光路配置を有する、同様の撮像装置１２０および１４０をそれぞれ示す。図２の撮像装置１２０の配置において、ＯＣＴ経路は、図１における撮像装置１００に関して上述したものと同じである。カラー発光器／検出器（ＣＬＥＤ）５２からの光は、ファイバカプラＦＣ３を通るように向けられ、サンプルアームをＯＣＴ光と共有し、この結合された光は、スキャナ２４を通って被写体またはサンプルＳへ向けられる。口腔内表面からの後方散乱色光は、カラーコンテンツを測定するためにファイバカプラＦＣ３を通ってカラー発光器／検出器（ＣＬＥＤ）５２へ伝搬し、プロセッサ６０によって記録および処理される。その結果生じる結合された画像コンテンツはその後、ディスプレイ７２上に提示され、あるいは送信および格納され得る。

図３の撮像装置１４０の構成において、ＯＣＴ経路は、図１における撮像装置１００に関して上述したものと同じである。カラー発光器／検出器（ＣＬＥＤ）５２からの光は、示された構成において反射表面およびダイクロイック表面を有するダイクロイックコンバイナ５４を通ってサンプル経路内へ向けられる。口腔内表面からの後方散乱色光は、検出および測定のためにコンバイナ５４を通ってＣＬＥＤ５２へ戻り伝搬し、プロセッサ６０によって記録および処理される。その結果生じる結合された画像コンテンツは、同様に、ディスプレイ７２上に提示され、あるいは送信および格納され得る。

図１〜３の構成の各々において、ＣＬＥＤ信号検出およびＯＣＴ信号検出は同期され、サンプルプローブ３０およびそのスキャナ２４との間で、サンプルアーム内の同じ光路を共有する。この配置は、多色画像コンテンツのＯＣＴデータへの固有的登録をもたらす。

ＯＣＴ撮像のための走査シーケンス
図４Ａおよび図４Ｂの概略図は、フーリエ領域取得において本開示のＯＣＴ装置を用いて断層画像を形成するために用いられる走査シーケンスを示す。図４Ａに示すシーケンスは、単一のＢ走査画像がどのように生成されるかを示す。ラスタスキャナ２４（図１）は、被写体であるサンプルＳにわたり選択された光シーケンスを一点一点、走査する。図４Ａに示すような周期的駆動信号９２は、図４Ａおよび図４Ｂにおいて水平方向に広がる離散点８２として示された、サンプルの各列を横断する左右走査またはＢ走査を制御するためにラスタスキャナ２４のガルボミラーを駆動するために用いられる。Ｂ走査の走査線または列に沿った複数の点８２の各々において、ｚ軸方向にデータを取得するＡ走査または前後走査は、選択された波長帯の連続部分を用いて生成される。図４Ａは、波長帯にわたる、対応するマイクロミラーの作動、または他の空間光変調器の画素ごとの作動を伴う、ラスタスキャナ２４を用いて直進昇りシーケンスを生成するための駆動信号９２を示す。駆動信号９２の一部であるレトロ走査信号９３は、単純に走査ミラーを次の走査線のための開始位置に戻すのみであり、レトロ走査信号９３の間にＯＣＴデータは取得されない。

留意すべき点として、Ｂ走査駆動信号９２は、図１〜３に示すようなラスタスキャナ２４のためのガルボミラーを駆動する。Ｂ走査の列に沿った点８２である各インクリメント位置において、Ａ走査が得られる。Ａ走査データを取得するために、同調レーザまたは他のＯＣＴ光源は、ＯＣＴ光源１０内のプログラマブルフィルタによって制御されたスペクトルシーケンスを掃引する。よって、光源が３０ｎｍ範囲の波長を掃引する実施形態において、このシーケンスは、Ｂ走査経路に沿った各点８２において実行される。図４Ａが示すように、Ａ走査取得のセットは各点８２において、すなわちスキャナ２４の各位置において実行する。例として、各位置８２におけるＡ走査を生成するために２０４８の測定が存在し得る。

図４Ａは、各Ａ走査中に取得された情報を模式的に示す。ＤＣ信号コンテンツを取り除いて示された干渉信号８８が各点８２の時間インターバルにわたり取得され、この信号は、スペクトル掃引に必要な時間インターバルの関数であり、取得された信号は、ＯＣＴ干渉計部品の基準アームおよびフィードバックアームからの光を結合することによって生成されたスペクトル干渉縞を示す。フーリエ変換は、各Ａ走査に関する変換Ｔを生成する。Ａ走査に対応する１つの変換信号は、図４Ａに例として示される。

上記説明から、単一のＢ走査シーケンスにわたり著しい量のデータが取得されることが理解され得る。このデータを効率良く処理するために、時間ベースの信号データを対応する周波数ベースのデータに変換する高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が用いられ、これにより画像コンテンツはより容易に生成され得る。

フーリエ領域ＯＣＴにおいて、Ａ走査は、前後走査線（ｚ軸）分解ＯＣＴ信号を生成するスペクトル取得の１つの走査線に対応する。Ｂ走査データは、対応する走査線に沿って２Ｄ ＯＣＴ画像を生成する。

ラスタ走査は、Ｃ走査方向にラスタスキャナ２４の取得をインクリメントすることによって多数のＢ走査データを得るために用いられる。これは、３Ｄボリューム情報がＡ、Ｂ、およびＣ走査データを用いてどのように生成されるかを示す図４Ｂに模式的に表される。

上述したように、各Ａ走査点８２において用いられる波長または周波数掃引シーケンスは、一般的に用いられる昇りまたは下り波長シーケンスから修正され得る。任意波長シーケンシングが代わりに用いられてもよい。ＯＣＴのいくつかの特定の実装に役立ち得る任意波長選択の場合、利用可能な波長の一部のみが各掃引の結果として提供される。任意波長シーケンシングにおいて、各波長は、単一の掃引中にＯＣＴシステムにおいて用いられるように、任意の順序でランダムに選択され得る。

図５は、結合されたＯＣＴおよびカラー走査スキームを模式的に示す。スキャナ２４は、各点８２においてサンプルＳへの色光ビームおよびＯＣＴ光ビームの両方を２次元（ｘ，ｙ）ラスタ走査において操舵し、ｘ∈［０，Ｌ−１］はｘ走査軸に沿ってインデックスされる。直交成分であるｙ∈［０，Ｍ−１］は、ｙ走査軸に沿ってインデックスされる。３つの反射率値（Ｒ（ｘ，ｙ），Ｇ（ｘ，ｙ），Ｂ（ｘ，ｙ））を有する色信号および奥行方向における寸法Ｎ（Ｎ個のデータ点の場合）を有するＯＣＴ信号Ｉ_ＯＣＴ（ｘ，ｙ）は、各走査位置（ｘ，ｙ）に対応して取得される。

２Ｄスキャナ２４が連続的に走査すると、２Ｄカラー画像にＬ×Ｍの数の色画素が取り込まれ、それに応じて３Ｄ ＯＣＴボリュームが値Ｌ×Ｍ×Ｎによって再構成される。（Ｒ（ｘ，ｙ），Ｇ（ｘ，ｙ），Ｂ（ｘ，ｙ））値は、左右方向に沿ってＩ_ＯＣＴ（ｘ，ｙ）に固有的に登録される。図５の（ｂ）部分は、値（Ｒ（ｘ，ｙ），Ｇ（ｘ，ｙ），Ｂ（ｘ，ｙ））が対応するＩ_ＯＣＴ（ｘ，ｙ）測定値にマッピングされた、ＯＣＴ走査に対応する各点８２におけるカラーコンテンツに提供された固有マッピングを示す。図５の（ｃ）部分は、（ｘ，ｙ，ｚ_ｉ）における表面点強度とともにＩ_ＯＣＴ（ｘ，ｙ，ｚ_ｉ）を示し、ｚ_ｉは、Ａ走査線ＯＣＴ信号に沿ったゼロ遅延線からの表面の奥行である。よってカラーテクスチャ（Ｒ（ｘ，ｙ），Ｇ（ｘ，ｙ），Ｂ（ｘ，ｙ））は、（ｘ，ｙ，ｚ_ｉ）においてＯＣＴ信号に直接マッピングされる。

ＣＬＥＤ構造および機能部品
図６Ａ、図６Ｂ、および図６Ｃは、カラー発光器／検出器ＣＬＥＤ５２の様々な実施形態を示す。レーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２、およびＬＤ３は、それぞれ赤色、緑色、および青色レーザダイオードである。レンズＬ１、Ｌ２、およびＬ３は、コリメート光ビームを生成するためにＬＤ１、ＬＤ２、およびＬＤ３の各々とともに用いられる対応するコリメーションレンズである。

図６Ａの配置において、コリメートビームは、ダイクロイックミラーＤＭ１およびＤＭ２によって同じ光路に結合される。ＤＭ１およびＤＭ２は、たとえば赤色および緑色レーザダイオードＬＤ１およびＬＤ２の中心波長など、光路への光および光路からの光を対応して経路付けするための適当なカットオフ波長を有する。レンズＬ４は、全色または多色光を提供するために、共有経路からの光を単一モード光ファイバ７４に結合する。サンプルＳから後方散乱した全色光は、ＣＬＥＤ５２に戻り結合される。各色光は、ビームスプリッタＢＳ１、ＢＳ２、およびＢＳ３を通って元のチャネルに戻り結合され、光パワーの一部は、測定のために対応するフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、およびＰＤ３へ向けられる。

図６Ｂの構成において、フィリップスプリズムと同様、ダイクロイックフィルタＦ１およびＦ２を有する３色ビームスプリッタＴＢＳは、レンズＬ４を通して結合された、赤色、緑色、および青色レーザダイオードＬＤ１、ＬＤ２、およびＬＤ３からの光を、光ファイバ７４に結合する。被写体であるサンプルＳから後方散乱した全色光は、ＣＬＥＤ５２に戻り結合される。各色光は、３色ビームスプリッタＴＢＳを通って元のチャネルに戻り結合される。

図６Ｃの構成において、それぞれのカラーチャネルからの赤色、緑色、および青色光を結合および分離するために、分波マルチプレクサＷＤＭが用いられる。

図６Ｄの構成において、それぞれのカラーチャネルからの赤色、緑色、および青色光を結合および分離するために、ファイバコンバイナ７６が用いられる。

図６Ｅの構成において、２つのファイバコンバイナ７６が用いられ、一方は、外へ向かう赤色、緑色、および青色光を単一チャネルに結合するためであり、他方は、戻された赤色、緑色、および青色光をそれぞれのカラーチャネルに分離するためである。

図６Ｆの構成において、たとえばスーパーコンティニュームレーザＳＣＬなどの広帯域幅可視光源が、カラー撮像のための光源として機能する。ＳＣＬは、連続した可視スペクトル出力を有する。戻り光の経路における分波マルチプレクサＷＭＤは、後方散乱光を分離し、光を各々のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３へ向け直す。ファイバカプラＦＣは、ファイバ７４への光およびファイバ７４からの光を結合するために用いられる。

図６Ｇの構成において、発光経路においてＳＣＬ光を変調するために、分波マルチプレクサＷＭＤと可変減衰器ＶＡとのペアが用いられる。戻り光の経路におけるＷＤＭは、後方散乱光を分離し、光を各々のフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３へ向け直す。ファイバカプラＦＣは、ファイバ７４への光およびファイバ７４からの光を結合するために用いられる。

図６Ｈの構成は、ＯＣＴ分光計においてＲＧＢ光検出が行われる実施形態を示す。前述の図６Ａ〜６Ｇに示すように、入力多色光は、ＯＣＴ走査システムに結合される。多色光の検出は、たとえば光のスペクトル分離をもたらすグレーチングまたはプリズムなどのスペクトルセパレータ１２４を用い、赤色、緑色、および青色光を、グレーチング、プリズム、または他のセパレータ特性によって決定されたように適当な角度で対応する検出器１２６ｒ、１２６ｇ、１２６ｂへ向ける。

カラー画像処理および較正
システム較正および撮像のために、反射率撮像装置は、参照標準に較正されなければならない。Ｒ、Ｇ、Ｂレーザ発光は、等しい光強度を提供するように調整される。バックグラウンド信号は、サンプルアームから取り外されたサンプルＳとともに捕捉される。Ｒ、Ｇ、ＢフォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、およびＰＤ３はそれぞれ、光路内の部品から反射したバックグラウンド信号を検出する。バックグラウンド信号は、それぞれＲ、Ｇ、Ｂ信号から差し引かれる。カラー画像較正方法は、図７のフローチャートにも適合されたカラー写真撮影において用いられたものと同様である。

図７は、ＯＣＴおよびＲＧＢ撮像の両方を行うカラースキャナのために用いられ得る色較正シーケンスを示す。基準撮像ステップ７００において、ＲＧＢ信号は、たとえば白色光基準パッチなどの較正目標から得られる。標準色モデルステップ７１０において、たとえば基準白色パッチまたは他の較正目標のｓＲＧＢなどの標準色モデルからの値が取得される。較正ステップ７２０において、ＲＧＢ信号とｓＲＧＢとの間の較正変換を得るための最小二乗計算または他の適当な方法が行われ、変換ステップ７３０において較正行列が生成される。較正行列は、較正されたＲＧＢ信号７３４を生成するために、反射率撮像ステップ７３２によって得られたＲＧＢ信号に適用される。これは、ＯＣＴ表面撮像ステップ７４０において得られたＯＣＴ表面検出と結合される。付着ステップ７５０はその後、較正されたＲＧＢデータと整合するＯＣＴ表面検出データを結合し、結合された出力を提供する。

２つの撮像モードに関するスペクトル範囲の差は、スペクトル分割または振幅分割のいずれかを用いて、ＯＣＴ光およびＲＧＢ色光の結合を可能にする。

図８は、可視Ｒ、Ｇ、Ｂ光および赤外ＯＣＴ光波のスペクトル分布を示す。このマッピングから容易に分かるように、スペクトル範囲は重なり合わない。可視光は約３９０ｎｍ〜約７００ｎｍの範囲である。赤外光は、約７００ｎｍ〜約１６００ｎｍの範囲である。また図８は、ＷＤＭ動作のための関連するダイクロイックミラーカットオフ波長およびバンドパス波長も示す。図８のスペクトル図に示すように、たとえば紫色Ｖ波長（約４５０ｎｍ未満）など、より正確なシェードマッチングをもたらすために追加のカラーコンテンツが追加され得る。

留意すべき点として、図１〜６Ｈに関して説明した構成は、カラーテクスチャデータのＯＣＴデータへの固有的登録をもたらす。サンプルアーム内の同じ光路が共有されるため、２つの異なる種類のデータを互いに登録するために追加の処理は必要ではない。

結合されたＯＣＴおよびカラーテクスチャ撮像のための代替アプローチ
結合されたＯＣＴおよびカラーテクスチャ画像データの必要性を満たす代替アプローチは、必要な画像コンテンツを取得するためにカラープレビューカメラと結合されたＯＣＴスキャナを用いる。この代替アプローチを用いる場合、カラーテクスチャデータをＯＣＴ走査コンテンツに登録するために処理が必要である。図９Ａ〜９Ｅは、この特徴を提供する撮像装置２００の様々な実施形態を示す。

図９Ａの概略図において、撮像装置２００は、光源２０２が被写体の歯または他のサンプルＳのＯＣＴ特徴化のためにＯＣＴスキャナ２０４へコリメート光を向ける。レンズＬ５は、たとえば歯または他の口腔内特徴などのサンプルＳに光を集束させる。ミラー２１２は、サンプルＳへの光およびサンプルＳからの光を向けるために光路を折り曲げる。ＯＣＴスキャナ装置の視野（ＦＯＶ）に位置的に結合されたカメラ２１０は、被写体またはサンプルＳからの反射率（ＲＧＢ）画像を取得する。反射率撮像のための照明として機能する白色光またはＲＧＢ光は、カメラ撮像経路（不図示）に沿ってサンプルＳへ向けられる。たとえばタイミング同期化は、反射率画像を、サンプルＳ表面の同じ部分に関する対応するＯＣＴ撮像コンテンツと関連付けるために用いられ得る。以下でより詳しく説明するように、ＲＧＢ撮像経路は、ＯＣＴ光路に較正されなければならない。

図９Ｂは、図９Ａと同様のコリメート光源２０２およびＯＣＴスキャナ２０４の配置を有する撮像装置２００の代替実施形態を示す。この場合、レンズＬ５もまた、カメラ２１０の撮像のための光路の一部を成す。レンズＬ５は、図示するように、反射率撮像のためのソース光を集束させる。

図９Ｃは、ＯＣＴスキャナ２０４、２０６のための走査ミラーの異なる配置を有する撮像装置２００の代替実施形態を示す。この場合、各ＯＣＴスキャナは、単軸スキャナである。ここでもまた、レンズＬ５がカメラ２１０の撮像のための光路の一部を成す。

図９Ｄは、集束のためのレンズＬ５光学系を有さない撮像装置２００の代替実施形態を示す。この場合、光源２０２は、集束ＯＣＴビームを提供する。ＲＧＢ照明は直接ミラー２１２へ向かい、被写体であるサンプルＳの方へ反射される。被写体からの戻り光は、ミラー２１２によってカメラ２１０へ再び向けられる。カメラ２１０は、サンプルＳから戻り反射した光を撮像するための撮像光学系（不図示）を含む。

図９Ｅは、ダイクロイック表面２０８が「ホットミラー」として機能し、ＯＣＴ光源２０２からの赤外光を反射し、カメラ２１０によって提供された反射率撮像装置への、およびそこからの可視光を伝達する、撮像装置２００の代替実施形態を示す。

カラーテクスチャのＯＣＴ撮像データへの登録
カラープレビューカメラと結合するＯＣＴスキャナを用いる撮像装置の場合、反射率画像からのカラーテクスチャのＯＣＴ奥行特徴化データへの登録は、撮像プロセス中に取得された様々な相互関連データを用いて行われ得る。

登録のための追加のデータは、２ＤグレースケールＯＣＴ画像を生成するために、ＯＣＴを用いて生成された３Ｄボリュームを投影することによって得られ得る。ＯＣＴ歪みを補正するために適当なスキャナ歪みモデルを適用することで、その後、表面データに正しいジオメトリが戻される。

Ａ走査線方向に沿った画像投影は、ＦＯＶおよび焦点距離の観点から、ピンホールカメラ撮像を模倣する。この処理は、スキャナおよびプレビューカラーカメラにステレオビジョン較正方法が適用されることを可能にし得る。その後、２Ｄカラーカメラ画像を２ＤグレースケールＯＣＴ画像に平行移動および回転するために、行列計算が用いられ得る。これにより、横レジが完了する。この後、ＯＣＴ撮像による３Ｄ表面は、表面位置に関連付けられたカラーテクスチャを有するデジタル印刷のために用いられ得る。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、撮像物体がピンホールカメラパラダイムを用いる場合の歯２２０に関する登録処理の態様を示す。図１０Ａにおいて、カラーカメラ２１０はピンホールカメラとしてモデル化されてよく、２Ｄ投影センサ２１８平面に画像センサを有する。ピンホールとセンサ２１８平面との間の焦点距離は、ｆ＿ｃａｍｅｒａと記される。符号Ｏ＿ｃａｍｅｒａは、カメラに関するピンホール原点位置を示す。

同様に、３次元ＯＣＴボリュームは、各Ａ走査線の方向に沿った仮想投影平面Ｑに後方投影してよく、ＯＣＴスキャナ旋回軸２２２がピンホール源とみなされる。仮想ＯＣＴカメラの焦点距離ｆ＿ｏｃｔは、カメラ２１０の色センサと概ね同じサイズの投影平面Ｑを生じるように定められ得る。ＯＣＴスキャナ較正によって、所定のＯＣＴスキャナ座標において各Ａ走査線ビーム方向が得られ得る。たとえばスキャナ旋回軸は、原点Ｏ＿ｏｃｔと定義される。ＯＣＴ走査ビームの方向は、座標（ｋ_ｘ，ｋ_ｙ，ｋ_ｚ）を用いて較正され得る。その仮想平面への投影は、座標（−ｋ_ｘ，−ｋ_ｙ，−ｋ_ｚ）方向である。焦点距離ｆ＿ＯＣＴおよび方向が投影位置を決定する。スキャナの走査特性によって、図１０ＢのＯＣＴ投影行列に示すように、扇状ビーム投影形状が生じる。示されるパターンは、走査される物体の実際の幾何学的形状を正確に反映する。

ＯＣＴ投影画像およびカラー画像を取得した後、３×３の回転行列Ｒおよび３×１の平行移動行列Ｔが、周知のステレオビジョン較正方法を用いて得られ得る。平行移動および回転によって、２つの画像が結果的に登録され得る。ただし、投影形状の差により、各Ａ走査線に関して精密に一致する色が利用可能ではない。代わりに、各Ａ走査線に関する最終的なカラーテクスチャは、最も近い近隣画素からの周囲の値でＲＧＢ色を補間することによって計算され得る。

Ａ走査線の対応する表面点へのカラーテクスチャ付着は、図５を参照して上述したカラーテクスチャマッピングまたは相関方法と同様に行われる。反射率値（Ｒ（ｘ，ｙ），Ｇ（ｘ，ｙ），Ｂ（ｘ，ｙ））を有する色信号および奥行方向における寸法Ｎ（Ｎ個のデータ点の場合）を有するＯＣＴ信号Ｉ_ＯＣＴ（ｘ，ｙ）が、各走査位置（ｘ，ｙ）に対応して取得される。これらの（Ｒ（ｘ，ｙ），Ｇ（ｘ，ｙ），Ｂ（ｘ，ｙ））値は、横方向に沿って対応するＩ_ＯＣＴ（ｘ，ｙ）データに登録され得る。

本明細書における典型的な実施形態と一貫して、コンピュータプログラムは、電子メモリからアクセスされる画像データに実行する、格納された命令を用いることができる。画像処理技術の当業者によって理解され得るように、本開示の実施形態における撮像システムを動作させるためのコンピュータプログラムは、たとえばパーソナルコンピュータまたはワークステーションなど、本明細書で説明されたような制御論理プロセッサ６０として動作する適当な汎用コンピュータシステムによって用いられ得る。ただし、たとえばネットワークドプロセッサ構成を含む、多くの他の種類のコンピュータシステムが、本発明のコンピュータプログラムを実行するために用いられ得る。本発明の方法を実行するためのコンピュータプログラムは、コンピュータ可読記憶媒体に格納され得る。この媒体はたとえば、たとえばハードドライブまたは取出し可能デバイスといった磁気ディスクまたは磁気テープなどの磁気記憶媒体、たとえば光学ディスク、光学テープ、または機械可読光符号化などの光記憶媒体、たとえばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または読取専用メモリ（ＲＯＭ）などのソリッドステート電子記憶デバイス、またはコンピュータプログラムを格納するために用いられる他の任意の物理デバイスまたは媒体を備えてよい。本開示の方法を実行するためのコンピュータプログラムは、インターネットまたは他のネットワークまたは通信媒体によって画像プロセッサに接続されたコンピュータ可読記憶媒体にも格納され得る。当業者が更に容易に認識するように、そのようなコンピュータプログラム製品の均等物は、ハードウェアにおいて構成されてもよい。

留意すべき点として、本開示の文脈における「コンピュータアクセス可能メモリ」に等しい「メモリ」という用語は、たとえばデータベースを含む、画像データを格納し画像データに作用するために用いられ、コンピュータシステムがアクセス可能である任意の種類の一時的またはより永久的なデータ記憶ワークスペースに言及し得る。メモリは、たとえば磁気または光学ストレージなどの長期間記憶媒体を用いて不揮発性であってよい。あるいはメモリは、たとえばマイクロプロセッサまたは他の制御論理プロセッサデバイスによって一時的バッファまたはワークスペースとして用いられるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）など、電子回路を用いて、より揮発性の性質であってよい。たとえば表示データは一般に、ディスプレイデバイスに直接関連付けられ、表示されるデータを提供するために必要に応じて定期的にリフレッシュされる一時的記憶バッファに格納される。この一時的記憶バッファもまた、本開示においてこの用語が用いられる場合、メモリの一種とみなされる。またメモリは、計算および他の処理の中間結果および最終結果を実行および格納するためのデータワークスペースとしても用いられる。コンピュータアクセス可能メモリは、揮発性、不揮発性、または揮発性型と不揮発性型とのハイブリッド結合であってよい。

理解されるように、本開示のコンピュータプログラム製品は、周知の様々な画像操作アルゴリズムおよびプロセスを利用し得る。更に理解されるように、本開示のコンピュータプログラム製品の実施形態は、本明細書で特に示されず、または説明されない、実装のために有用なアルゴリズムおよびプロセスを具体化し得る。そのようなアルゴリズムおよびプロセスは、画像処理技術の通常技量の範囲内である従来の有用性を含んでよい。そのようなアルゴリズムおよびシステムの追加の態様、および画像を生成および処理し、または本開示のコンピュータプログラム製品と協働するためのハードウェアおよび／またはソフトウェアは、本明細書で特に示されず、または説明されず、当該技術において既知であるそのようなアルゴリズム、システム、ハードウェア、部品、および要素から選択され得る。

本発明は、１または複数の実装に関して説明されたが、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、説明された例に対する変更および／または修正がなされ得る。加えて、本発明の特定の特徴は、いくつかの実装／実施形態の１つのみに関して開示されたが、そのような特徴は、任意の所与のまたは特定の機能のために所望かつ有利となり得るように、他の実装／実施形態の１または複数の他の特徴と併用され得る。「〜の少なくとも１つ」という用語は、記載された事項の１または複数が選択され得ることを意味するために用いられる。「約」という用語は、例示された実施形態に対するプロセスまたは構造の不一致が変更によってもたらされない限り、記載された値が多少変更され得ることを示す。最後に、「典型的な」は、その説明が、理想的であることを暗示するものではなく例として用いられることを示す。本発明の他の実施形態は、本明細書の熟考および本明細書に開示された本発明の実施によって当業者に明らかになる。本明細書および例は典型的なものにすぎないとみなされ、本発明の正しい範囲および趣旨は、少なくとも以下の特許請求の範囲によって示されることが意図される。

Claims (20)

1. 被写体の口腔内画像を取得するための装置であって、
   ＯＣＴ光源と、前記被写体へ向かい前記被写体から戻るＯＣＴ光を伝達するスキャナと、基準アームおよびサンプルアームを有する干渉計とを備えるＯＣＴ撮像装置と、
   前記被写体へ向けられた可視光源と、戻り光から反射率画像を形成する画像センサとを備える反射率撮像装置と、
   前記戻された反射率画像を処理し、前記ＯＣＴ測定データと結合するように構成された処理および制御論理と、
   前記結合された反射率画像およびＯＣＴ測定データを示すディスプレイと
   を備える装置。
2. 前記処理および制御論理は更に、前記戻り反射率画像を前記ＯＣＴ測定データに登録するように構成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記ＯＣＴ撮像装置は掃引光源ＯＣＴ撮像装置である、請求項１に記載の装置。
4. 前記ＯＣＴ光源は広帯域幅光源である、請求項１に記載の装置。
5. 前記ＯＣＴ光源は、前記被写体に赤外光を向ける、請求項１に記載の装置。
6. 口腔内画像を取得するための装置であって、
   ＯＣＴ光源と、スキャナと、基準アームおよびサンプルアームを有する干渉計とを備えるＯＣＴ撮像装置と、
   可視光源およびカラー画像センサを備える反射率撮像装置と、
   前記ＯＣＴ光源と口腔内特徴に向けられた可視光とを前記口腔内特徴への投影のための同一の光路に結合し、前記口腔内特徴から戻る光に関して、前記ＯＣＴ光から前記可視光の主成分を分離する結合光学系と、
   前記戻されたカラー反射率画像データおよびＯＣＴ測定データを処理し、結合するように構成された処理および制御論理と、
   前記結合されたカラー反射率画像およびＯＣＴ測定データを示すディスプレイと
   を備える装置。
7. 前記結合光学系はレーザダイオード可視光を提供する、請求項６に記載の装置。
8. 前記結合光学系はファイバコンバイナを備える、請求項６に記載の装置。
9. 前記結合光学系はビームスプリッタを備える、請求項６に記載の装置。
10. 前記結合光学系はビームスプリッタプリズムを備える、請求項６に記載の装置。
11. 前記結合光学系は分波マルチプレクサを備える、請求項６に記載の装置。
12. 前記結合光学系はグレーチングを備える、請求項６に記載の装置。
13. 画像データを取得するための方法であって、
    口腔内表面サンプルに関して、光コヒーレンス断層撮影（ＯＣＴ）データを取得することと、
    前記口腔内表面サンプルからの反射率画像コンテンツを取得することと、
    前記反射率画像とＯＣＴデータコンテンツとを結合することと、
    前記結合された反射率画像およびＯＣＴデータコンテンツをディスプレイ上に描画することと
    を備える方法。
14. 前記反射率画像コンテンツを前記ＯＣＴデータに登録することを更に備える、請求項１３に記載の方法。
15. 登録することは、前記ＯＣＴデータから生成された３Ｄボリュームを投影し、２Ｄグレースケール画像を形成することを備える、請求項１４に記載の方法。
16. 前記２Ｄグレースケール画像における歪みを補正することを更に備える、請求項１５に記載の方法。
17. 前記２Ｄグレースケール画像または前記反射率画像に回転および平行移動を適用することを更に備える、請求項１５に記載の方法。
18. 最も近い近隣画素からの周囲値でＲＧＢ色を補間することを更に備える、請求項１５に記載の方法。
19. 前記ＯＣＴおよび反射率画像コンテンツのスペクトル範囲は重なり合わない、請求項１３に記載の方法。
20. 前記反射率画像とＯＣＴデータコンテンツとを結合することは、前記反射率画像の色値を、前記ＯＣＴデータから抽出された表面上の対応する点にマッピングすることを備える、請求項１３に記載の方法。

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